工业固体废弃物制备二氧化硅功能材料的研究进展

摘要

近年来,我国每年产出约33亿t固体废弃物.工业生产过程中产生的固体废弃物常常露天堆存于自然环境中,对土壤、水及大气环境产生污染,也给人类的生存带来巨大的潜在危险.综合利用的效率较低且增值空间不大是固体废弃物大量堆积的主要原因之一.因此,寻求高效的综合利用固体废弃物的处理方法迫在眉睫.电炉黄磷渣、钢铁及有色金属冶炼过程产生的炉渣、建材及电力行业产生的粉煤灰等是常见的大宗固体废弃物,这些废弃物中皆富含二氧化硅,且二氧化硅主要以硅酸盐、晶态二氧化硅和非晶态二氧化硅等形式存在.此外,根据固体废弃物产生的渠道和生产方式不同,也会含有其他不同的矿物相组分,有时也会存在稀土元素、氧化铝及其他高价值的有色金属元素.将固体废物中的稀土金属及氧化铝等高值有价元素分离提取后,可以制备白炭黑、二氧化硅气凝胶,也可以同时利用固体废弃物中的二氧化硅和氧化铝制备沸石.白炭黑是具有高孔隙率、高分散性及良好热稳定性的无定形纳米二氧化硅材料,是制备催化剂、橡胶增强剂、触变剂、热绝缘体等材料的重要原料,被广泛用于橡胶、化工、电子、医药等领域.二氧化硅气凝胶拥有比表面积大、体积密度低和导热系数低等优点,可用于制备催化剂的载体、保温隔热材料、电子薄膜材料及射电发光器件等.由氧化铝源、硅源形成铝硅酸盐凝胶后再经水热处理合成沸石,其由于发达的孔结构可以容纳多种阳离子,具有吸附、离子交换和催化等一种或多种性质,被广泛用作工业吸附剂、催化剂、膜材料和膜加工的添加剂、离子交换材料及化学传感器等.将富含二氧化硅的固体废弃物中的高价值有价元素提取后,制备白炭黑、二氧化硅气凝胶或者沸石,是提高固体废弃物利用率和增值率的一种有效途径.本文对比分析了几种典型富含二氧化硅的固体废弃物的组成和二氧化硅在其中的矿相特征,综述了该典型固体废弃物中二氧化硅的分离及制备白炭黑、气凝胶和沸石等功能材料的研究进展,以期为固废制备二氧化硅功能材料提供参考.